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"Selbstachalter"
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Die Erfindung betrifft einen Selbstschalter (Leltungsschutzschalter)
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Selbstschalter der derzeit bekannten Form besitzen einen Uberlastauslöser
und einen Kurzschlußauslöser, welche beide auf ein Schaltschloß wirken und dadurch
den beweglichen Kontakthebel bleibend in die Stellung "offen" verbringen, Der tiberlastauslöser
ist ein thermischer Auslöser der einen entweder direkt oder indirekt von dem durch
den Schalter fliessenden Strom beheizten Bimetallstreifen aufweist. Im Falle einer
Uberschreitung des Dauerstromes verbiegt sich das Bfimeta$1* so daß es dabei auf
das Schaltschloß zu dessen Auslösung und zur Öffnung der Xontaktstelle einwirkt.
Der XurzschlußauslÖser ist normalerweise als Magnetauslöser ausgebildet, welcher
eine
Wicklung und einen von der Wicklung umgebenen Schlaganker aufweist
oder welche Wicklung auf einen Klappanker einwirkt. Der Tauchschlaganker steht dabei
einerseits mit dem beweglichen Kontakthebel und andererseits mit einem Klinkenhebel
in Verbindung, so daß im Falle eines Kurzschlusses der Tauchschlaganker den Kontakthebel
aufreißt und gleichzeitig auch über den Klinkenhebel das Schaltschluß auslöst. Das
Aufreißen des Kontakthebels bewirkt eine schnelle Kontakttrennung und damit eine
Strombegrenzung und die Auslösung eine bleibende öffnung der Kontaktstelle.
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Die Auslöseanforderungen an einen Selbstschalter lassen sich für den
Uberlast- und Kurzschlußbereich im allgemeinen nicht durch einen einzigen thermischen
Auslöser erfüllen. Der Grund, warum dies nicht möglich ist, liegt darin, daß hohe
Nenn- und Ubexstromalerte eine Auslegung des thermischen Auslösers für hohe I2t-Werte
im Xurzschlußstrornbereich bedingen. Dies wurde bedeuten, daß der Selbstschalter
in KurzschluBstrombereich nicht schnell genug auslösen wUrde. Daher muß bei den
derzeit bekannwerden ten Selbstschaltern der Magnetauslöser verwendet, dessen Ansprechwert
so eingestellt ist, daß er im Uherlanthereich nicht auslöst und so eine Selektivitätsverletzung
im Uberlastbereich vermieden wird; der Magnetauslöser wird im 'Jberlastbercich nicht
ansorechen. Wenn der íagnetauslöser, wie allgemein üblich, zugleich auch sogenannte
Schlagankerfunktionezu erfüllen hat, d. h., wenn er so ausgebildet ist, daß er auch
zur u'nittelbaren Öffnung der Kontaktstelle dient, dann bringt dies den nach teil
mit sich, daß der xontaktöffnungsschlag durch die magnetische Auslösefunktion des
Auslösers gebremst wird, was im allgemeinen zu einer Verschlechterung der Kurzschlußselektivität
und des Schaltvermöqens führt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Selbstschalter der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem für den Kurzschluß- und Uberlastbereich ein thermiscner
Auslöser verazendet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Es ist dabei selbstverständlich daß ein Schlaganker vorgesehen ist,
welcher bei Auftreten eines Kurzschlußstromes den Kontakthebel sofort aufreißt,
so daß eine ausreichende und schnelle Strombegrenzung erfolgt. Als Kurzschlußauslöser
ist der zweite thermische Auslöser vorgesehen, der im Gegensatz zu dem Überstromauslöser
nicht im Nennstrompfad, sondern im Kurzschlunstrompfad liegt und erst dann eingeschaltet
wird, nachdem der Schlaganker die Schaltkontakte geöffnet hat und ein Lichtbogen
entstanden ist. Das Einschalten des zweiten thermischen Auslösers erfolgt dabei
zweckmäßigerweise durch den sich bewegenden Lichtbogenfußpunkt.
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Es gibt nun zwei Möglichkeiten, wie der zweite Auslöser in den Strompfad
eingesetzt wird; die erste Lösung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
2 gegeben und die zweite Lösung durch die Merkmale des Anpruches 3. Dabei kann der
zweite Auslöser im Bereich des Festkontaktes oder im Bereich des beweglichen Kontaktes
bzw. des Kontakthebels liegen.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, den Strom durch den Spannungsaufbau
in einem Teil des Löschgitters bzw. des Löschblechpaketesdem zweiten Auslöser aufzuprägen;
dies erfolgt nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 4.
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Der zweite Auslöser kann ein Thermobimetall oder ein beheizter Streifen
aus einem Formgedächtnismaterial sein.
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Das Problem bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Selbstschalter besteht
darin, daß im Falle einer Schalthandlung der Lichtbogen von einem Bereich der mit
dem festen Kontaktstück versehenen Lichtbogenlaufschiene auf einen anderen Bereich
kommutieren muß, welche beiden Bereiche durch den Schlitz voneinander
getrennt
sind. Das Gleiche gilt auch bei der Anordnung, bei der der zweite Auslöser dem bewegbaren
Kontakt zugeordnet ist.
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Der Lichtbogen muß nämlich nach einer Schalthandlung diesen Schlitz
überspringen, was bei relativ kleinen Kurzschlußströmen ungünstig sein kann. Bei
größeren Kurzschlußströmen, also bei solchen Kurzschlußströmen, auf die die heutigen
Selbstschalter ausgelegt sind und außerdem bei noch höheren Kurzschlußströmen bedeutet
dies Ersetzen des magnetischen Auslösers durch den zweiten thermischen Auslöser
einen erheblichen Vorteil und eine erhebliche Verbesserung, wie man bei Versuchen
erkannt hat. Einer der besonderen Vorteile der Erfindung besteht darin, daß die
Schlagwirkung des Schlagankers unbeeinflußt durch eine Auslösefunktion voll zur
Wirkung kommt und dadurch Selektivität und Schaltvermögen wesentlich verbessert
werden. Auch läßt sich die Kurzschlußauslösung durch ein thermisch ansprechendes
Element - was die Selektivität anbetrifft - wesentlich besser mit anderen ebenfalls
thermisch ansprechenden Schutzelementen (z. B. Sicherungen) koordinieren, als es
mit einem magnetischen Auslöser der Fall wäre, der ja auf Stromschutzwerte anspricht.
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Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt Figur 1 eine Aufsicht auf einen handelsüblichen Leitungsschutzschalter
zur Erläuterung der Lage der einzelnen Bauelemente innerhalb eines solchen Leitungsschutzschalters,
Figuren 2 bis 4 drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
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Ein handelsüblicher Leitungsschutzschalter oder Selbstschalter der
in der Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet wird, besitzt ein Gehäuse 12,
welches in Schalenbauweise aus zwei Gehäuseteilen, nämlich einem Gehäuseunterteil
und einem seitlich das Gehäuseunterteil verschließenden Deckel, gebildet ist. Das
Gehäuse 12 ist in Sockelbauwese ausgebildet, besitzt also einen T-förmigen Umriß.
In dem Selbstschalter 10 befindet sich ein bewegliches Kontaktstnck 14 und ein festes
Kontaktstuck 16, welches bewegliche Kontaktstück an einem an einer ortsfesten Achse
18 drehbar aufgelagerten Kontakthebel 20 angebracht ist, wogegen das feste Kontaktstnck
an einer Lichtbogenleitschiene 22 befestigt ist, die durch eine Öffnung (nicht beziffert)
nach außen zu einem Xlemmenanschluß 26 -geführt ist. Der Kontakthebel 20 ist bei
18 zwischen zwei Platinen 28 gelagert, die ein nicht näher dargestelltes mechanisches
Schaltschloß zwischen sich nehmen. Zur Betätigung des Schaltschlosses und zu einer
Widereinschaltung des Schalters, d. h. zur Verbringung des Kontakthebels 20 aus
der Ausschaltstellung in die Einschaltstellung ist ein oben aus dem Gehäuse herausragender
Schaltknebel 30 vorgesehen.
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Links von dem Schaltschloß 28 befindet sich ein thermischer Auslöser
32, der als Bimetall ausgebildet ist und in der Zeichnung im unteren Bereich ortsfest
eingespannt ist; rechts neben dem thermischen Auslöser 32 und unterhalb des Schaltschlosses
28 befindet sich ein magnetischer Auslöser 34, der einen Schlaganker 36 aufweist,
der durch eine nicht näher dargestellte Ausnehmung in dem Kontakthebel 20 hindurchgreift
und an seinem freien Ende mit einer Erweiterung 38 versehen ist. Der magnetische
Auslöser ist in tiblicher Weise als Schlaganker-Auslöser ausgebildet. Nicht eingezeichnet
ist ein Klinkenhebel, der zur Ubertragung der Bewegung des Schlagankers 36 auf eine
ebenfalls nicht gezeigte Verklinkungsstelle im Schaltschloß 28 zu deren Entklinkung
dient, welche Verklinkungsstelle außerdem auch von dem thermischen Überstromauslöser
32 geöffnet wird.
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Im Falle einer Schalthandlung, wenn also ein Kurzschlußstrom auftritt,
wird über die Erweiterung 38 der Kontakthebel 20 von dem Schlaganker 36 in die öffnungsstellung
verbracht; gleichzeitig wirkt der Schlaganker 36 über die nicht gezeichnete Klinke
auf das Schaltschloß und löst den Schalter aus.
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Im Falle eines Uberstromes, der kein Kurzschlußstrom ist, jedoch oberhalb
des Nennstromes und unterhalb des Ansprechwertes des magnetischen Auslösers liegt,
verbiegt sich das Thermobimetall und entklinkt die Klinke im Schaltschloß, wodurch
der bewegliche Kontakthebel 20 in die Ausschaltstellung verbracht wird. Der bei
einer Schalthandlung entstehende Lichtbogen läuft mit seinem einen Fußpunkt auf
der Lichtbogenleitschiene 22 und mit seinem anderen Fußpunkt auf einer dem Kontakthebel
20 zugeordneten Lichtbogenleitschiene 40 in ein Löschblechpaket 42, welches aus
einzelnen parallel zueinander angeordneten Lichtbogenlöschblechen 44 besteht, welche
Lichtbogenlöschbleche zwischen die beiden Lichtbogenlaufschienen 22 und 40 aufgenommen
sind. Die bei der Schalthandlung entstehenden Abgase werden über Auspuffkanäle 46
nach außen abgeführt.
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In der Figur 2 ist eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung rein
schematisch dargestellt. Man erkennt die Anschlußklemme 26, die Lichtbogenlauf-
oder Leitschiene 22, das Löschblechpaket 42 sowie die Lichtbogenlauf schiene 40,
die dem beweglichen Kontakthebel 20 zugeordnet ist; der Uberstromauslöser ist mit
32 gezeichnet und ebenfalls nur schematisch angedeutet.
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Die Lichtbogenlaufschiene 40 steht über eine Verbindungsleitung 50
mit dem beweglichen Kontakthebel 20 in Verbindung.
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Wesentlich bei der Anordnung nach Figur 2 ist ein zweiter thermischer
Auslöser 52. Man erkennt aus der Zeichnung, daß die Lichtbogenlaufschiene 22 in
zwei Abschnitte unterteilt ist und zwar in einen Abschnitt 54, der übergeht in einen
Lichtbogenlaufschienenbereich 56 parallel zu den Löschblechen
und
einen Lauf schienenbereich 58, der das feste Kontaktstück 16 trägt und nach außen
hin mit der Klemme 26 verbunden ist.
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Zwischen den beiden Bereichen 54 und 58 der Lichtbogenleitschiene
22 ist ein Schlitz 60 vorgesehen. Dieser Schlitz wird mittels qiner allgemein mit
62 bezeichneten Verbindungs-(überbrückt, in die leitung (der zweite Auslöser 52,
der ebenfalls als Thermobimetall ausgebildet ist, eingeschaltet ist. Ein Schlaganker,
der aber lediglich im Falle eines Eurzschlusses den Xontakthebel 20 in Ausschaltstellung
bewegt und selbst zu einer Auslösung nichts beiträgt, ist selbstverständlich ebenfalls
noch vorhanden, um sofort nach Auftreten des urzschlusses zu einer Strombegrenzung
über den Lichtbogen zu gelangen.
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Der Lichtbogen wandert also nach einer Öffnung der Kontaktstelle 16/14
mit seinem einen Fußpunkt vom beweglichen Rontaktstück 14 auf die Lichtbogenleitschiene
und mit seinem anderen Fußpunkt auf dem Bereich 58 entlang und überspringt dabei
den Schlitz 60, so daß er nunmehr auf dem Bereich 54 der Lichtbogenleitschiene 22
läuft. Der Stromfluß ist dann folgendermaßen: Der Strom fließt über den Auslöser
32, den beweglichen Kontakthebel 20, die Lichtbogenleitschiene 40 über den Lichtbogen
zu dem Bereich 54 und dort über die Verbindungsleitung 62 zu dem Auslöser 52 und
die Klemme 26.
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Damit also wird das KurzschluBbimetall 52 oder der zweite Auslöser
52 erst dann in den Kurzschlußstrompfad eingeschaltet, nachdem der Schlaganker dfe
Schaltkontakte geöffnet hat und der Lichtbogen den Schlitz 60 übersprungen hat.
Weil der Nennstrom im geschlossenen Zustand des Schalters nicht über den zweiten
Auslöser 52 fließt, kann der Querschnitt des Bimetalls erheblich klciner ausgelegt
werden, als der des Bimetall des Uberstromauslösers 32, so daß man den gewünschten
niedrigen Auslöse-I2t-Wert erzielt, der erforderlich ist, um den Schalter im Kurzschlußfall
selektiv gegen das vorgeordnete Schutzorgan welches beispielsweise ein Ilauptleitungsschutzschalter
oder eine Vorsicherung sein kann, auszulösen.
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Außerdem wirkt im Kurzschlußfall der Schlaganker ungebremst auf den
Kontakthebel und nicht auf das Schaltschloß. Auf diese Weise werden niedrige Ji
dt-DurchlaRwerte erzielt.
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Von besonderem Vorteil kann der Auslöser bei soyenannten kurz-unterbrechenden
strombegrenzenden Selbstschaltern sein, wo er eine wesentliche Verbesserung der
Selektivität gegen nachgeordnete Schutzorgane, also nachgeordnete Leitungsschutzschalterlbietet.
Die Auslösung erfolgt nämlich immer nur dann wenn das nachgeordnete Schutzorgan
aus irgendeinem Grunde einen den Ansprechwert des Bimetalles des nachgeordneten
Organes überschreitenden 1 2t-Wert durchlässt.
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In der Figur 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Anordnung nach
Figur 2 dargestellt; man erkennt die Lichtbojen laufschienen22 und 40 sowie die
dazwischen befindlichen Lichtbogenlöschbleche 42, die Anschlußklemme 26, den thermischen
Überstromauslöser 32, den beweglichen Kontakthebel 20 sowie die Kontaktstelle l4/6.
An den Kontakthebel 20 angeschlossen ist eine Verbindungsleitung 70, die den Kontakthebel
20 mit der Lichtbogenleitschiene 40 verbindet. In diese Verbindungsleitung ist ein
dem Auslöser 52 entsprechender Auslöser 72 eingeschaltet. Die Wirkungsweise der
Anordnung ist die gleiche; der Lichtbogenfunpunkt muß allerdings nur an einer Stelle
einen Schlitz" überspringen; es ist des der Bereich zwischen der Lichtbogenleitschiene
40 und dem beweglichen Kontaktstück.
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In der Figur 4 ist eine dritte Variante dargestellt; in dieser Variante
ist eines, 74, der Lichtbogenlöschbleche mit der Leitschiene 40 über eine Verbindungsleitung,
die allgemein mit 76 bezeichnet ist, verbunden; in diese Verbindungsleitung 76 ist
ein Kurzschlußauslöser 78 eingeschaltet, der genauso aufgebaut ist wie die Kurzschlußauslöser
72 der Figur 3 bzw. 52 der Figur 2. Dem Kurzschlußauslöser wird im Falle der Figur
4 der Strom durch den Spannungsaufbau in einem Teil des Löschgitters oder in einem
Teil der Löschbleche
aufgeprägt.
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Die Vorteile, die für die Anordnung nach der Figur 2 erwähnt sind,
gelten selbstverständlich auch für die Anordnungen nach den Figuren 3 und 4.
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Man erkennt aus den Figuren 2 bis 4, daß sich das Bimetall der einzelnen
Auslöser verbiegt, wie durch die strichlierte Stellung dargestellt ist, wobei die
Verbiegung jeweils in der eingezeichneten Pfeilrichtung F2, F3 und F4 erfolgt und
auf das Schaltwerk bei Uberschreiten des Auslösewertes Ji2dt wirkt.
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Es ist selbstverständlich, daß anstatt eines Thermobimevalls auch
ein material verwendet werden kann, welches aus einer Formgedächtnislegierung gebildet
ist.
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L e e r s e i t e